微波技术与天线--复习归纳免费版5篇范文

第一篇：微波技术与天线--复习归纳免费版

第一章

1.均匀传输线（规则导波系统）：截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统。

2.均匀传输线方程，也称电报方程。

3.无色散波：对均匀无耗传输线, 由于β与ω成线性关系, 所以导行波的相速vp与频率无关, 称为无色散波。色散特性：当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速vp与频率ω有关,这就称为色散特性。

Ucos(z)jI1Z0sin(z)ZjZ0tan(z)Zin(z)1Z0102vpU1ZjZtan(z)01I1cos(z)jsin(z)frZ0 任意相距λ/2处的阻抗相同, 称为λ/2重复性z1 终端负载

A2ejzZ1Z0j2z(z)e1ej2zjzZ1Z0Ae1Z1Z01ej1Z1Z0

终端反射系数

均匀无耗传输线上, 任意点反射系数Γ(z)大小均相等,沿线只有相位按周期变化, 其周期为λ/2, 即反射系数也具有λ/2重复性

Z(z)Z0U(z)1Z()1(z)inZin(Z)Z01Zin(z)Z0 I(z)1(Z)1 1U/U11电压驻4.11U/U11波比 其倒数称为行波系数, 用K表示

5.行波状态就是无反射的传输状态, 此时反射系数Γl=0, 负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Zl=Z0, 称此时的负载为匹配负载。综上所述, 对无耗传输线的行波状态有以下结论: ① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1;

② 电压和电流在任意点上都同相;③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗

β6终端负载短路：负载阻抗Zl=0, Γl=-1, ρ→∞, 传输线上任意点z处的反射系数为Γ(z)=-e-j2z

Zin(Z)jZ0tanz 此时传输线上任意一点z处的输入阻抗为① 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化, 电压和电流相位差 90°, 功率为无功功率, 即无能量传输;② 在z=nλ/2(n=0, 1, 2, …)处电压为零, 电流的振幅值最大且等于2|A1|/Z0, 称这些位置为电压波节点；在z=(2n+1)λ/4(n=0, 1, 2, …)处电压的振幅值最大且等于2|A1|, 而电流为零, 称这些位置为电压波腹点。③ 传输线上各点阻抗为纯电抗, 在电压波节点处Zin=0, 相当于串联谐振, 在电压波腹点处|Zin|→∞, 相当于并联谐振, 在0＜z＜λ/4内, Zin=jX相当于一个纯电感, 在λ/4＜z＜λ/2内, Zin=-jX相当于一个纯电容，从终端起每隔λ/4阻抗性质就变换一次, 这种特性称为λ/4阻抗变换性。

XXls1arctan(1)locarccot(c)2Z0

开路线loc2Z0 短路线ls l9.无耗传输线上距离为λ／4的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方, 这种特性称之为λ/4阻抗变换性。

10.负载阻抗匹配的方法 基本方法：在负载与传输线之间接入一个匹配装置（或称匹配网络），使其输入阻抗等于传输线的特性阻抗Z0.对匹配网络的基本要求：简单易行、附加损耗小、频带宽、可调节以匹配可变的负载阻抗。实现手段分类：串联λ/4阻抗变换器法、支节调配器法

ZZ0R1(1)因此当传输线的特性阻抗

0时, 输入端的输入阻抗Zin=Z0, 从而实现了负载和传输线间的阻抗匹配(2)串联

Xs1Xlsc1短路支节：arctgarctg2Z20Z0Z1loc1Z开路支节：arctg0arctg02X若求出的长度为负值，则加上λ/2取其正Xs2Y1lsc1Y短路支节：arctg0arctg02BBs2B1Bloc1开路支节：arctgsarctg2Y02Y0

若求出的长度为负值，则的结果

并联

加上λ/2取其正的结果

11.练习： 设无耗传输线的特性阻抗为50Ω，工作频率为300MHz, 终端接有负载Zl=25+j75(Ω), 试求串联短路匹配支节离负载的距离L1及短路支节的长度L2。第二章

1.规则金属波导的特征: 沿轴线方向，横截面形状、尺寸及填充媒质的电参数和分布状态均不变化的无限长的直波导。管壁材料一般由铜、铝等金属制成。

2.规则金属波导的特点，规则金属波导仅有一个导体，不能传播TEM导波；每种导模都具有相应的截止波长c（或fc），只有满足条件c> （工作波长）或fc

222kkc3.为传输系统的本征值 当β=0时, 意味着波导系统不再传播, 亦称为截止, 此时

kc=k, 故将kc称为截止波数

4.描述波导传输特性的主要参数有: 相移常数、截止波数、相速、波导波长、群速、波阻抗及传输功率

22kk0,即k0ccc5.导行波的分类 此时E=0和H=0TEM波 0将E≠0而H=0的波称为磁

z

z

z

z场纯横向波, 简称TM波 将Ez=0而Hz≠0 的波称为电场纯横向波, 简称TE波 快波：TM波和TE波,其相速vp=ω/β＞c/

均比无界媒质空间中的速度要快, 故称之为快波

cTEmncTMmn6.TE10模特点：场结构简单、稳定、频带宽和损耗小 7.管壁电流：波导中传输微波信号时在金属波导内壁上产生的感应电流研究波导管壁电流结构的意义：波导损耗的计算需要知道波导管壁电流；实际应用中，波导元件的连接及通过在波导壁上开槽或孔以做成特定用途的元件，此时接头与槽孔的位置就不应破坏波导管壁电流的通路，否则将严重破坏原波导内的电磁场分布，引起辐射和反射，影响功率的有效传输；当需要在波导壁上开槽做成缝隙天线时，开槽应切断管壁电流。矩形波导TE10模的管壁电流与管壁上的辐射性和非辐射性

8.圆波导的主模：TE11模

cTE11＝3.41a； cTM01＝2.61a； cTE01＝1.64a

电场激励：把激励装置放在波导中所需模式电场最强的位置，并使其产生的电场与所需模式电场一致 磁场激励把激励装置放在波导中所需模式磁场最强处、并使其产生的磁场与所需模式磁场一致。电流激励当用馈电波导去激励另一波导时，常采用孔激励．由于波导开口处的辐射类似于电流元的辐射，故称电流激励。第六章

1.用来辐射和接收无线电波的装置称为天线

2.天线应有以下功能 ① 天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与发射机或接收机匹配。② 天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定方向的来波最大限度的接收, 即天线具有方向性。 22c22kcmn(m/a)(n/b)③ 天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化。 ④ 天线应有足够的工作频带新功能：对传递的信息进行一定的加工和处理, 如信号处理天线、单脉冲天线、自适应天线和智能天线等。

3.天线的分类：

按用途：通信天线、广播电视天线、雷达天线等;按工作波长：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等；

按辐射元的类型： 线天线和面天线。所谓线天线由半径远小于波长的金属导线构成;面天线由尺寸大于波长的金属或介质面构成的。

4.电基本振子是一段长度远小于波长, 电流I振幅均匀分布、相位相同的直线电流元, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成。5.60IlEjsinejkrrIlHjsinejkr2r电基本振子的远区场 ① 电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传播的横电磁波, 所以远区场又称辐射场;在不同的方向上, 辐射强度是不相等的，说明电基本振子的辐射有方向性。

|E(,)|F(,)|E(,)|max 6.场强振幅归一化方向性函数

6.主瓣宽度：半功率波瓣宽度：方向图主瓣两个半功率点之间的宽度, 在场强方向图中, 等于最大场强的 1/2 两点之间的宽度;零功率波瓣宽度：头两个零点之间的角宽

7.第一旁瓣电平的高低, 在某种意义上反映了天线方向性的好坏。如旁瓣电平较低的天线并不表明集束能力强, 而旁瓣电平小也并不意味着天线方向性必然好。8.D4Le2

9.收发互易性：同一天线作为发射和接收时的电参数相同 002F(,)sinddAe输入点电流实际天线的有效长度

1LI(z)dzLI0

20010.接收天线的有效接收面积

11.接收天线的方向性 ① 主瓣宽度尽可能窄, 以抑制干扰② 旁瓣电平尽可能低③ 天线方向图中最好能有一个或多个可控制的零点 第七章

1.电波传播方式：视距传播；天波传播；地面波传播；不均匀媒质传播

2F(,)sindd22.Friis传输公式:

S03.衰落现象衰落：指信号电平随时间的随机起伏。分类：吸收型衰落和干涉型衰落。 吸收型衰落：主要是由于传输媒质电参数的变化, 使得信号在媒质中的衰减发生相应的变化而引起的。慢衰落：由上述原因引起的信号电平的变化较慢, 称为慢衰落（图7-1(a)）干涉型衰落：由随机多径干涉现象引起的。在某些传输方式中, 由于收、发两点间存在若干条传播路径, 典型的如天波传播、不均匀媒质传播等。快衰落：多径干涉引起的P4πr2

|E0|21S0Re(EH*)2240π 信号起伏周期很短, 信号电平变化很快

4.视距传播：指发射天线和接收天线处于相互能看见的视线距离内的传播方式。可用于地面通信、卫星通信以及雷达等 第八章

1.元因子：表示组成天线阵的单个辐射元的方向图函数, 其值仅取决于天线元本身的类型和尺寸。体现了天线元的方向性对天线阵方向性的影响。阵因子：表示各向同性元所组成的天线阵的方向性, 其值取决于天线阵的排列方式及其天线元上激励电流的相对振幅和相位, 与天线元本身的类型和尺寸无关。

2.方向图乘积定理：在各天线元为相似元的条件下, 天线阵的方向图函数是单元因子与阵因子之积。

3.宽频带天线：阻抗、方向图等电特性在一倍频程（fmax/fmin=2）或几倍频程范围内无明显变化的天线；非频变天线：阻抗、方向图等电特性在更大频程范围内（如fmax/fmin≥10）基本不变化的天线。

4.智能天线分类（1）、切换波束天线：具有有限数目的、固定的、预定义的方向图（2）、自适应阵列天线 采用高级信号处理算法从接收到的信号中分辨出期望信号、干扰信号以及它们的方向和相关性，并利用这些信息分别对期望信号和干扰信号加以增强和抑制。同时不断地自适应地形成新的波束实现动态跟踪，始终保持使主瓣指向期望用户，而将干扰信号置零。

5.智能天线对移动通信系统的性能改善：

1、提高频谱利用效率，增大系统容量

2、克服远近效应，实现空时多用户检测

3、减小电磁污染及相互干扰

4、实现移动台定位，为越区切换提供可靠的依据

5、增强系统的安全性

6、降低无线基站的成本

[例 6-4］一长度为2h(h<<λ)中心馈电的短振子, 其电流分布为: , 其中I0为输入电流, 也等于波腹电流Im 试求:

① 短振子的辐射场（电场、磁场）；

② 辐射电阻及方向系数；

③ 有效长度。

解: 此短振子可以看成是由一系列电基本振子沿z轴排列组成。Z轴上电基本振子的辐射场为

I(Z)I0(1Z)h

第二篇：微波技术与天线小结

填空：

1、无耗传输线工作状态（1）行波状态（2）纯驻波状态（3）行驻波状态

2、传输线的损耗分（回波损耗）（插入损耗）

3、阻抗匹配：负载阻抗匹配、源阻抗匹配、共轭阻抗匹配

4、波导的一般理论包括三个部分：广义传输线理论、分离变量法、简正模理论。

5、带状线的衰减主要由（导体损耗）和（介质损耗）引起。

6、微带线的高次模有两种模式：波导模式和表面波模式

7、无色散最高频率为4GHz

8、矩阵的性质：互易网络、对称网络

9、矩阵：阻抗矩阵、导纳矩阵、转移矩阵、散射矩阵

10、如果按辐射元的类型则天线大致可以分为两大类：线天线和面天线

11、按极化方式分天线分：线极化天线、圆极化天线、椭圆极化天线

12、电波传播方式：视距传播、天波传播、地面波传播、不均匀媒质传播

13、衰落现象大致可分为：吸收型衰落和干涉型衰落

14、传输失真原因有：媒质的色散效应和随机多径传输效应

名词解释：

特性阻抗——传输线上行波的电压与电流的比值 传播常数：由衰减常数和相位常数构成

相速--—传输线上行波等相位面沿传输方向的传播速度

带状线：带状线仍可理解为与同轴线一样的对称双导体传输线，传输的主模是TEM模。

色散：是指电磁波的相速随频率而变的现象 天线：用来辐射和接收无线电波的装置称为天线 方向图：指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强即归一化场强的大小随方向变化的曲线图。

天线效率：天线辐射功率 与输入功率Pin之比；要提高天线效率，应尽可能提高辐射电阻，降低损耗电阻

线天线：横向尺寸远远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线。阵列天线：由若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统称为天线阵 智能天线：由天线阵和智能算法构成，是数字信号处理技术与天线有机结合的产物

面天线：电流分布在天线体的金属表面，且口径尺寸远大于工作波长的天线称为面天线。

衰落：一般是指信号电平随时间的随机起伏

简答：

1、什么是微波？微波有什么特点？

微波是电磁波谱中介于超短波和红外光波之间的波段，属于无线电波中波长最短（频率最高）的波段，频率范围300MHz—3000GHz(对应空气中波长λ是1m —0.1mm)特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。

2、微波传输线的分类？ 第一类是双导体输传线，它由二根或二根以上平行导体构成；第二类是均匀填充介质的金属波导管；第三类是介质传输线

3、试说明为什么规则金属波导内不能传播TEM波？

空心金属波导内不能存在TEM。这是因为如果内部存在TEM波，则要求磁场应完全在波导的横截面内，而且是闭合曲线。有麦克斯韦第一方程知，闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的电流。由于空心金属波导中不存在轴向即传播方向的传导电流，故必要求有传播方向的位移电流。由位移电流的定义式：Jd=D/t，这就要求在传播方向有电场存在，显然这个结论与TEM波的定义矛盾，所以金属波导内部能传播TEM波。

4、微波集成传输线概念特点？

它是由微波技术与半导体器件及集成电路结合而成的，从而产生了集成化的平面结构的微波传输线，集成化的微波传输线称为微波集成传输线。（1）体积小、重量轻、性能好、一致性好、成本低（2）具有平面结构，通过调整单一平面尺寸来控制其传输特性。

5、天线的基本功能

（1）天线应能将导波能量尽可能多的转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的“电磁开放系统”，其次要求天线与发射机匹配或与接收机匹配。（2）天线应使电磁波尽可能集中于所需的方向上，或对所需方向的来波有最大的接受，即天线具有方向性。

（3）天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。（4）天线应有足够的工作频带。

6、天线的电参数有哪些？

方向图（主瓣宽度、旁瓣电平、前后比、方向系数）、天线效率、极化特性、频带宽度、输入阻抗

7、从接受角度讲，对天线的方向性有哪些要求？

（1）主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰。（2）旁瓣电平尽可能低。

（3）天线方向图中最好能有一个或多个可控制的零点，以便将零点对准干扰方向，而且当干扰方向变化是，零点方向也随之改变，称为零点自动形成技术

8、智能天线技术的主要优点有？

（1）具有较高的接收灵敏度；（2）使空分多址系统(SDMA)成为可能；（3）消除在上下链路中的干扰；（4）抑制多径衰落效应。

计算：

第三篇：微波与天线总结

对称阵子天线：

构成：有两根粗线和长度都相同的导线构成，中间为俩个馈电端

原理: 若电线上的电流分布已知，则由电基本阵子的辐射场沿整个导线的积分，便得到对称振子的辐射场。实际上，西振子天线可看成是开路传输线逐渐张开而成，而其电流分布与无耗开路传输线的完全一致，即按正弦驻波分布。用途: 对称振子分为半波对称振子和全波对称振子，半波对称振子广泛的应用于短波和超短波波段，它既可以作为独立天线使用，也可以作为天线阵的阵元，在微波波段还可以作为抛物面天线的馈源。

特点: 方向性比基本振子的方向性稍强一些，平均特性阻抗Z越低R和X随频率的变化越缓慢，其频率特性越好。所以，欲展开对称振子的工作频带，常利用加粗振子直径的方法。当h=λ/4n时，其输入阻抗是一个不大的纯电阻具有很好的频率特性，也有利于同馈线匹配，而在并联谐振点附近是一个高阻抗且输入阻抗随频率变化剧烈，特性阻抗不好。

阵列天线：

构成: 将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统。构成天线阵地辐射单元，成为天线原或阵元

原理：天线的辐射场是各天线元所产生的矢量叠加，只要各天线元上的电流，振幅和相位分布满足适当的关系，就可以得到所需要的辐射特性 特点：天线阵的主瓣宽度和旁瓣电平是即相互依赖又相互对立的一对矛盾，天线阵方向图的主瓣宽度小，则旁瓣电平就高，反之，主瓣宽度大则旁瓣电平就低。均匀直线阵的主瓣很窄，但旁瓣数目多，电平高，二项式直线振的主瓣很宽旁瓣就消失了，旁瓣分散了天线的辐射能量，增加量接受的信噪比，但旁瓣又起到了压缩主瓣宽度的作用。

直立阵子天线：

构成: 垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立阵子天性

原理: 单级天线可等效为一对对称振子，对称阵子可等效为一二元阵，但此时等效只是在地面或导体的上半空间成立。理想导电平面上的单级天线的辐射场可直接应用到自由空间对称振子的公式进行计算。

用途: 广泛应用于长，中，短波及超短波段。

特点: 当h《λ时辐射电阻很低。单级天线效率也很低改善方法是提高辐射电阻降低损耗电阻。

水平振子天线：

构成: 水平振子天线又称双级天线，阵子的两臂由单根或多股铜线构成，为了避免在拉线上产生较大感应电流，拉线的长度应较小，臂和支架采用高频绝缘子隔开，天线与周围物体要保持适当距离，馈线采用600Ω的平行双导线。

原理: 与直立天线的情况类似，无限大导电地面的影响可用水平阵子天线的镜像来代替，架设在理想导电地面上的水平振子天线的辐射场可以用该天线及其镜像所构成的二元阵来分析，但应注意该二元阵的天线元是同幅反相的。用途: 经常用于短波通信电视或其他无线电系统。

特点: 架设和馈电方便，地面电导率的变化对水平振子天线的影响较直立天线小，工业干扰大多是垂直极化波，因此，用水平振子天线可以减少干扰对接收的影响。

引向天线: 构成：又称为八木天线，它由一个有源振子及若干个无源振子组成，在无源振子中较长的一个为反射器，其余为引向器

用途：广泛用于米波，分米波的通信、雷达、电视及其它天线电流 原理：引向天线实际上也是一个天线阵，与前述天线相比不同的是它是对其中一个振子馈电，其余振子则是靠与馈电振子之间的近场耦合所产生的感应电流来激励的，而感应电流大小取决于振子的长度及其间距

特点：使天线的方向性增强，但由于各振子之间的相互影响又使天线的工作频带变窄，输入阻抗降低，不利于与馈线的匹配。

电视发射天线

特点：频率范围宽，覆盖面积大，有零辐射方向，天线及其电场平行于地面，为了扩大服务范围，发射天线必须家架在高大建筑的顶端或专用的电视塔上，这就要求天线必须承受一定的风荷，防雷等。还要求天线在水平面内无方向性。

移动通信基站天线

特点：有足够的机械强度和稳定性，垂直极化，根据组网方式的不同，如果是顶点激励，采用扇形天线，如果是中心激励采用全向天线，为了节省发射机功率，天线增益应尽可能的高，为了提高天线效率及带宽，天线与馈线应良好匹配

结构：VHF和UHF移动通信基站天线一般是有馈源和角形反射器俩部分组成的，为了获得较高的增益，馈源一般采用并馈共轴阵列和串馈共轴阵列两种形式，为了承受一定的风荷，反射器可以采用条形结构 用途：米波，分米波

特点：体积小，增益高，垂直极化，水平面内无方向性 螺旋天线;结构：讲导线绕制成螺旋形线图而构成的天线称为螺旋天线，通常它带有金属接地板，有同轴线馈电，同轴线的内导体与螺旋线相接，外导体与接地板相连

原理;由于法向模螺旋天线的电尺寸较小，其辐射场可以等效为电基本振子与磁基本振子，辐射场的叠加且它的电流，振幅相等，相位相同。

用途：法向模螺旋天线的辐射效率和增益都较低，主要用于超短波手持式通信机

行波天线：

用途：广泛应用于短波和超短波波段。

特点：具有较好的单向的辐射特性，较高的增益及较宽的带宽，但效率不高。原理：行波天线是由导线末端接匹配负载来消除反射波而构成的。构成：由导线和匹配构成。

宽频带天线：

特点：阻抗方向图等电特性在一倍频程或几倍频程内无明显变化。

原理;当工作频率变化时天线的尺寸随之改变即保持电尺寸不变则能在很宽频带范围内保持辐射特性。

结构：形状仅取决于角度与其他尺寸无关，具有终效应弱现象。用途:等角螺旋天线、对数周期天线在超短波和短波波段广泛应用

缝隙天线：

结构：在同轴线波导管或空腔谐振器的导体壁上开一条或数条窄缝是电磁波通过缝隙向外空间辐射而形成一种天线。

原理：对偶原理，理想缝隙天线的方向函数与同长度的对称振子的方向函数E面和H面相互交换。波导的内壁上有电流分布，管壁上的缝隙天线切割电流线，缝隙受到激励而向外产生辐射，形成波导缝隙天线。为加强缝隙天线的方向性，可以在波导上按一定规律开一系列尺寸相同的缝隙，构成波导缝隙阵。

特点：缝隙天线具有轮廓低、重量轻、加工简单、易于与物体共形、批量生产、电性能多样化、宽带和与有源器件和电路集成为统一的组件等诸多特点，适合大规模生产，能简化整机的制作与调试，从而大大降低成本。厚度很小，结构牢固，馈电方便，但容量不高，频带较窄。

用途：缝隙天线自上世纪中叶以来有了很大的发展，广泛用于地面、舰载、机载、导航等各个领域。由于缝隙阵列天线对天线口径面内的幅度分布容易控制，口径面利用率高，体积小，易于实现低或极低副瓣等特点，因而使其获得广泛使用。

微带天线：

结构: 由一块厚度远小于波长的戒指（称为介质基片）和覆盖在它上面的金属片构成的，其中完全覆盖介质板一片成为接地板，而尺寸可以和波长相比拟的另一篇称为辐射元，辐射元的形状可以是方形，矩形，圆形和椭圆形。

原理: 由于基片厚度h《λ场沿h方向均匀分布，在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化而仅在长度方向上有变化，在两开路端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量的方向相反水平分量方向相同，因而在垂直于地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同相叠加，两垂直分量电场所产生的场反相相消，因此两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙即微带天线可以等效为由两个缝隙所构成的二元阵列。

特点: 体积小，重量轻，低剖面。波瓣较宽，方向系数较低，频带窄，损耗大交叉极化大，单个微带天线的功率容量小等

用途 广泛用于100MHz~50GHz的频率范围。

智能天线：

结构: 由天线阵和算法构成。是数字信号处理技术与天线有机结合的产物。原理: 它将每个用户信号分为D路（D为天线单元数），并分别以W11 W12…….Wmd加权，得到M*D路信号（M为用户数），然后将相应的M路信号以不同的加权系数组合而成，因此信号的波形是不同的，从而构成了M个信道方向图。

特点: 具有较高的接受灵敏度，使空分多址系统成为可能，消除在上下链路中的干扰，抑制多径衰落效应。

用途: 提高移动通信的性能。

旋转抛物面天线

结构 :由两部分组成，其一是抛物线绕其焦轴旋转而成的抛物反射面，反射面一般采用导电性能良好的金属或其他材料上敷以金属层制成，其二是置于抛物面焦点处的馈源。原理:几何光学反射定理,能量守恒定理.特点 :1张角ψ一定时,馈源方向函数Df(ψ)变化越快,方向图越窄,则口径场分布越不均匀,口径利用因数越低.2 馈源方向函数Df(ψ)一定时, 张角ψ越大, 则口径场分布越不均匀,口径利用因数越低..3张角ψ一定时,馈源方向函数Df(ψ)变化越快, 方向图越窄,则口径截获因数越高.馈源方向函数Df(ψ)一定时, 张角ψ越大, 则口径截获因数越高.4由于抛物面几乎不存在热损耗,即η≈1，所以G≈D.5抛物面天线的方向性很大程度上依赖于馈源.用途 :在通信,雷达和射电天文等系统中广泛应用.卡塞格伦天线

结构;由主反射面,副反射面和馈源三部分组成.主反射面是有焦点在F焦距为f的抛物面绕其焦轴旋转而成,副反射面是由一个焦点在F1另一个焦点在F2的双曲线饶其焦轴旋转而成,主副面的焦轴重合,馈源通常采用喇叭.位于实焦点F2上.原理 : 卡塞格伦天线可以用一个口径尺寸与原抛物面想同,但焦距放大了A倍的旋转抛物面天线来等效,且具有相同的场分布,这样就可以利用前面介绍的旋转抛物面天线的理论来分析卡塞格伦天线的辐射特性和各种电参数.特点 : A.由于天线有两个反射面，几何参数增多，便于按照各种需要灵活地进行设计。B.可以采用短焦距抛物面天线做主反射面，减小了天线的纵向尺寸。C.由于采用了副反射面，馈源可以按装在抛物面顶点的附近，使馈源和接收机之间的传输线缩短，减小了传输线损耗所造成的噪声。

用途: 主要用于卫星地面站,单脉冲雷达和射电天文等系统中

第四篇：天线与微波技术国防科技重点实验室验收会

热烈祝贺

天线与微波技术国防科技重点实验室

通过验收

1998年6月27日由总装备部和电子工业部委派的专家评估委员会在电子部第14研究所对天线与微波技术国防科技重点实验室南京分部进行了考察评估，28日又在西安电子科技大学对重点实验室西安分部进行了考察评估，认为“实验室已按任务书完成建设项目，具备了验收条件，一致同意通过评估”。

验收委员会接着于7月1日对重点实验室进行验收。验收评议书肯定了重点实验室建设的成绩，统一通过验收。验收后，总装备部和电子工业部领导讲话，祝贺重点实验室通过验收，同时勉励大家再接再厉。转入运行后要站在科研前言，把重点实验室建设成为具有“一流人才、一流设备、一流管理、一流成果”的天线与微波领域具有国际一流水平的科研基地。

第五篇：微波天线仿真设计实验

基于HFSS的微带天线仿真设计 1 概述

目前，在许多应用场合（如移动通信手机中）都需要体积小、重量轻的小型接收天线。微带贴片天线代表一系列的小型天线，以其剖面低、重量轻的优点而成为人们的首选。通过采用简单明了的传输线模型，建立微带线嵌入馈电贴片天线的精确模型并对之进行分析已成为可能。另外，通过应用曲线拟合公式，也可以确定50Ohm输入阻抗所需的精确嵌入长度。馈电机制在微带贴片天线设计中扮演了重要角色。微带天线可以由同轴探针或嵌入的微带线来馈电，同轴探针馈电在有源天线应用中具有优势，而微带线馈电则是适合于开发高增益微带阵列天线。

在一个薄的介质基板上，一面覆上金属薄层作为接地板，另一面采用刻蚀地方法做出各种形状的贴片，利用微带或者同轴对贴片进行馈电，这就是最基本的微带贴片天线。它在导体贴片和接地板之间激励起电磁场，并通过贴片与接地板的缝隙向外辐射。

天线分析的基础问题是求解天线周围空间建立的电磁场，进而得出方向图增益和输入阻抗等特性指标。如下图1，图2所示。

图1 矩形微带天线开路段电场结构

图2 场分布侧面图 天线基础

天线的性能直接影响着整个无线通信的性能，一般来说，表征天线性能的主要参数有方向特性、增益、输入阻抗、驻波比、极化特性等。

2.1 天线的极化方式

所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。根据极化方向可分为垂直极化波和水平极化波。

(1)水平极化波：当电场强度方向平行于地面形成的波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减。

(2)垂直极化波：当电场强度方向垂直于地面形成的波。垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。

2.2 天线的增益

天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。

一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。

2.3 天线的阻抗

天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。

天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗。

驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。

回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。

2.4 天线的波瓣宽度

波瓣宽度是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度（天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系）。

(1)垂直波瓣宽度：一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关。因此，一定范围内通过对天线垂直度（俯仰角）的调节，可以达到改善小区覆盖质 量的目的。

(2)水平波瓣宽度：水平平面的半功率角（H－Plane Half Power beamwidth）45°,60°,90°等)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。

3矩形贴片的设计

矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，设计一个矩形贴片，其工作频率在2.45GHz，并分析其远区场辐射特性以及S曲线，3.1 设计目的

(1)学习设计微带天线的设计方法；

(2)掌握矩形贴片的设计方法及其远区辐射场的特性以及S曲线；(3)掌握HFSS10仿真软件的使用。

3.2 矩形微带贴片天线的辐射原理

如图3所示，用传输线模分析法介绍它的辐射原理。

设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基 片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。在最

简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向（L≈λ/2)有变化。

在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈λ/2。这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。

图3 矩形贴片天线示意图

3.3 矩形贴片天线的仿真设计

1．建立新的工程 2．设置求解类型 3.设置模型单位

4．创建微带天线模型

(1)创建地板GroundPlane。尺寸为90mm*90mm，并设置理想金属边界。

(2)建立介质基片。尺寸为45mm*45mm*5mm。将材料设置为Rogers R04003。(3)建立贴片Patch。尺寸为：32mm*32mm，并设置理想金属边界。

(4)创建切角。首先在坐标原点处创建三角形，然后将其移动到方形贴片的顶点处。输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5；X：5，Y：0，Z：5； X：0，Y：5，Z：5；X：0，Y：0，Z：5。通过旋转180度创建另一个切角。(5)用Patch将切角减去。(6)创建探针Pin。圆柱中心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0；输入圆柱半径：dX：0, dY：0.5，dZ：0；输入圆柱的高度： dX：0，dY：0，dZ：5。材料设置为pec。

(7)创建端口面Port。圆心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0，半径为：dX：0，dY：1.5，dZ：0。

(8)用GroundPlane 将Port减去。

5.创建辐射边界

创建Air，尺寸为：160mm*160mm*70mm。辐射边界命名为Rad1。

6．设置端口激励

端口命名为p1。在Modes 标签中的Integration line zhong点击None，选择New Line，在坐标栏中输入：X：0，Y：9.5，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0，按回车键，点击Next按钮直至结束。

7．求解设置

为该问题设置求解频率及扫频范围

(1)设置求解频率。设置窗口：Solution Frequency ：2.45GHz；Maximun Number of Passes：15；Maximun Delta S per Pass ：0.02。

(2)设置扫频。扫频窗口中做以下设置：Sweep Type：Fast；Frequency Setup Type：Linear Count；Start :2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；将Save Field复选框选中。8.设置无限大球面

在菜单栏中点击HFSS>Radiation>Insert Far Field Setup>Infinite Sphere。在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：Start：0 deg，Stop：180deg，Step：90 deg；Theta：Start：0 deg，Stop：360 deg，Step：10 deg。

9.确认设计 10.保存并求解工程 11 后处理操作

(1)S参数（反射系数）。

绘制该问题的反射系数曲线，该问题为单端口问题，因此反射系数是s11。点击菜单栏HFSS>Result>Create Report。选择：Report Type：Modal S Parameters ；Display Type：Rectangle。Trace窗口：Solution：Setup1:Sweep1； Domain：Sweep 点击Y标签，选择：Category：S parameter；Quantity：S（p1，p1）；Function：dB，然后点击Add Trace按钮。点击Done按钮完成 操作，绘制出反射系数曲线。

(2)2D辐射远场方向图。

在菜单栏点击HFSS>Result >Create Report。选择：Report Type：Far Fields；Display Type：Radiation Pattern。Trace 窗口：Solution：Setup1：LastAdptive；Geometry：ff_2d。在Sweep标签中，在Name这一列中点击第一个变量Phi，在下拉菜单中选择The。点击Mag标签，选择：Category ：Gain；Quantity：GainTotal；Function：dB,点击Add Trace按钮。最后点击Done，绘制出方向图。结果分析

4.1 对探针位置的探讨

地板长、宽、高分别为： dX：90，dY：90，dZ：0。

介质基片长、宽、高：dX：45，dY：45，dZ：5；材料为Rogers R04003。贴片Patch长、宽、高： dX：32，dY：32，dZ：0。

4.1.1探针在Y轴

探针中心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0；半径：dX：0, dY：0.5，dZ：0；高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料设置为pec。模型如图4所示：

图4 矩形贴片天线3D模型(探针在Y轴)

(1)反射系数曲线

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制反射系数曲线，如图5所示。

图5 反射系数图（Y轴）

(2)2D辐射远场方向图

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制2D辐射远场方向图，如图6所示。

图6 2D辐射远场方向图（Y轴）分析： 当探针在Y轴上时，回波损耗在13.8dB左右，工作频带在2.35GHz-2.47 GHz。

由远场方向图可看出，有一个小的背瓣。频点在2.42 GHz左右，不在2.45 GHz，因此需要进行优化。

4.1.2 探针位置在X轴上

探针中心点的坐标：X：8，Y：0，Z：0；半径：dX：0.5, dY：0，dZ：0；高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料设置为pec。模型如图7所示：

图7 矩形贴片天线3D模型(探针在X轴)

(1)反射系数曲线

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制反射系数曲线，如图8所示。

图8 反射系数图（X轴）

(2)2D辐射远场方向图

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制2D辐射远场方向图，如图9所示。

图9 2D辐射远场方向图（X轴）

分析：当探针在X轴上时，回波损耗也在13.8dB左右，工作频带在2.37GHz-2.48 GHz。

由远场方向图可看出，有一个小的背瓣。频点在2.43 GHz左右，不在2.45 GHz.说明此位置仍不是最佳位置。

4.1.3 探针在对角线位置上 探针中心点的坐标：X：-4.2，Y：4.2，Z：0；半径：dX：0.5, dY：0，dZ：0；高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料设置为pec。模型如图10所示：

图10 矩形贴片天线3D模型(探针在对角线轴)(1)反射系数曲线

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制反射系数曲线，如图11所示。

图11 反射系数图（对角线）

(2)2D辐射远场方向图

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制2D辐射远场方向图，如图12所示。

图12 2D辐射远场方向图（对角线上）

分析：当探针在对角线上时，回波损耗为-29dB，频点恰好在2.45GHz，工作频带在2.43GHz-2.47GHz工作特性很好，可知工作频带很窄。由远场图可知，此位置仍有一个小的背瓣。

因此，探针在这个工作特性很好，但工作带宽有点窄。探针中心点的坐标：X：8，Y：8，Z：0；半径：dX：0.5, dY：0，dZ：0； 高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料设置为pec。模型如图13所示：

图13 矩形贴片天线3D模型(探针在对角线轴)

(1)反射系数曲线

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制反射系数曲线，如图14所示。

图14 反射系数图（对角线）

(2)2D辐射远场方向图

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制2D辐射远场方向图，如图15所示。

图15 2D辐射远场方向图（对角线上）

分析： 当将探针设置在此位置时，回波损耗在-14.3dB左右，频带宽度在2.40 GHz-2.49GHz,频点正好在2.45GHz。

由远场方向图可知，在此位置有一个小的背瓣。

探针在这个位置工作特性很好，工作频带也较宽。此外还可知在对角线上越靠近中心，天线性能越好。

4.2 改变贴片尺寸

地板长、宽、高分别为： dX：90，dY：90，dZ：0。

介质基片长、宽、高：dX：45，dY：45，dZ：5；材料为Rogers R04003。贴片Patch长、宽、高： dX：31.7，dY：31.7，dZ：0。

探针中心点的坐标：X：8，Y：0，Z：0；半径：dX：0.5, dY：0，dZ：0；高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料设置为pec。模型如图16所示。

图16 矩形贴片天线3D模型(贴片尺寸改变)(1)反射系数曲线

仍在上述所设求解频率和扫频的条件下，绘制反射系数曲线，如图17所示。

图17 反射系数曲线（贴片尺寸改变）

(2)2D辐射远场方向图

在如上所述的求解频率和扫频的条件下，绘制2D辐射远场方向图，如图18所示。

图18 2D辐射远场方向图（贴片尺寸改变）

分析： 当其他条件不变，改变贴片尺寸（由32mm*32mm改为31.7mm*31.7mm）时，回波损耗在-12.5dB左右，频带宽度在2.39 GHz-2.50GHz,频点正好在2.45GHz。

由远场方向图可知，在此位置仍有一个小的背瓣。探针在这个位置（X轴）工作特性不错，工作频带也较宽。

4.3 改变探针半径

在4.2的基础上，将探针半径改为0.4mm，其他条件不变，则所形成的反射系数图和2D辐射远场方向图如图19，图20所示。

图 19 反射系数图曲线（探针半径0.4mm）

图20 2D辐射远场方向图(探针半径0.4mm)分析：① 在上一步的基础上，改变探针半径（由0.5mm改为0.4mm）时，回波损耗在-14.1dB左右，频带宽度在2.40 GHz-2.52GHz,频点正好在2.46GHz。

② 由远场方向图可知，在此位置仍有一个小的背瓣。

③ 此时，探针不在工作频点，可知探针半径太小，但由上研究可知，半 径在稍微改大一点应该可以使探针工作在2.45 GHz（这个问题由于时间问题没研究）。

总结：

① 当频率低于工作频点时，优化天线的措施有：改变探针位置、探针半径、贴片尺寸等，均可以使其工作在频点（如2.45GHz）。

② 对于矩形贴片可知：当探针在坐标轴上时，天线性能不是很理想；当在对角线上时，天线的性能较理想，工作频带较在坐标轴的位置要窄，而且探针在对角线上靠近中心的位置上，天线的性能更好。

③ 当改变探针半径时，半径减小，工作频率变大。通过调整可以使贴片工作在频点。设计体会

微波课设在短短的几天时间里完成了。首先非常感谢老师以及各位学长的帮助和指导。

由于老师已经在指导书上列出了很详细的操作步骤，设计思路都体现在里面，因此这次课设上手还是很快的。这使我们能够很快的把握住设计思路，进一步学会如何利用HFSS10这款软件设计微带天，并通过所形成的远区辐射场图和S曲线分析矩形微带天线的特性。学习将基础的理论知识应用到微带天线的实际设计中。做完之后再回头想一下，按照公式计算出来的矩形天线的参数运用到实际时，并不能使天线达到理想的辐射状态。这可能是由于一些共识的近似表示以及实际天线所处环境等因素造成。由此可知，在具体设计微带天线时要根据实际的情况对天线进行优化处理，使其达到理想辐射特点。当然在做实验时并不是特别顺利，所幸的是，在老师和几位学长的帮助指导下解决了，并从中学到很多东西。

此外，在这次课设中同学间的配合也是相当重要的。每个学生对老师课堂所讲的内容的接收程度不同。只有同学间的相互配合，提出问题，然后讨论最后解决，才能使课设结果达到更好的效果。参考文献

《微波天线与技术》 西安电子科技大学出版社 刘学观 郭辉萍 编著。